Spis treści:
Komunikacja w sieciach komputerowych wymaga jasnych uzgodnień i zestawu zasad – i tym właśnie są protokoły. Bohaterem dzisiejszego artykułu jest dziadziuś wśród protokołów komunikacyjnych, cieszący się wciąż popularnością, a mianowicie protokół i złącze RS232, które znać zwyczajnie wypada.
Czym jest złącze RS232?
Jednym z najstarszych, ale nadal popularnych protokołów komunikacyjnych, który jest używany w przemyśle i produktach komercyjnych, jest RS232. Prawdopodobnie większość z nas rozpozna standardowy 9-pinowy kabel DB9, choć może niekoniecznie wie, że tak się go nazywa – wystarczy rzucić okiem na złącze widoczne w konwerterze RS232-UART.
Cóż, jak to mówią: „kiedyś to było”. Komputery osobiste wykorzystywały RS232 do połączeń nie tylko z trzeszczącymi modemami, ale także z drukarkami, pamięcią masową, zasilaczami awaryjnymi i innymi urządzeniami peryferyjnymi.
Termin RS232 oznacza „Recommended Standard 232” i jest to rodzaj komunikacji szeregowej używanej do transmisji danych zwykle na średnich dystansach. Został wprowadzony w latach 60. XX w. i znalazł zastosowanie w wielu aplikacjach, takich jak drukarki czy urządzenia automatyki. Obecnie istnieje wiele spadkobierców tego standardu, czyli nowoczesnych protokołów komunikacyjnych takich jak RS485, SPI, I2C czy CAN Bus. Dziś skupimy się na złączu RS232 do komunikacji szeregowej.
Komunikacja szeregowa
W telekomunikacji proces przesyłania danych sekwencyjnie przez magistralę komputerową nazywany jest komunikacją szeregową. Oznacza to, że dane będą przesyłane bit po bicie. Dla rozróżnienia w komunikacji równoległej dane są przesyłane w postaci bajtu (8 bitów) lub znaku na kilku liniach danych lub magistralach jednocześnie.
Komunikacja szeregowa jest zatem wolniejsza niż komunikacja równoległa, ale jest używana do długiej transmisji danych ze względu na niższe koszty i względy praktyczne. Spotkamy tutaj asynchroniczny transfer danych, czyli tryb, w którym bity danych nie są synchronizowane impulsem zegarowym, oraz synchroniczny kontrolowany przez impuls zegarowy.
Specyfikacja i charakterystyka elektryczna
Ta sekcja standardu RS232 określa poziomy napięć, szybkość zmian dla poziomów sygnałów oraz impedancję linii. Ponieważ oryginalny standard RS232 został zdefiniowany w 1962 roku i przed czasami logiki TTL, to nie jest zaskoczeniem, że nie używa poziomów logicznych 5 V i masy. Zamiast tego wysoki poziom dla wyjścia sterownika jest zdefiniowany jako pomiędzy +5 V a +15 V, a niski poziom dla wyjścia sterownika jest zdefiniowany jako pomiędzy -5 V a -15 V. Poziomy logiczne odbiornika zostały zdefiniowane tak, aby zapewnić 2 V marginesu szumów. W związku z tym poziom wysoki dla odbiornika jest zdefiniowany jako pomiędzy +3 V a +15 V, a poziom niski jest pomiędzy -3 V a -15 V. Te wartości to właśnie owa logika negatywna, negative logic, która skłania użytkowników do poszukiwania odpowiednich konwerterów.
Standard RS232 ogranicza również maksymalną szybkość narastania sygnału na wyjściu sterownika. Ograniczenie to zostało wprowadzone w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia przesłuchu pomiędzy sąsiednimi sygnałami.
Im wolniejszy czas narastania i opadania, tym mniejsza szansa na przesłuchy. Maksymalna dopuszczalna szybkość narastania wynosi 30 V/ms. Dodatkowo standard określa maksymalną prędkość transmisji danych na 20 kbps – ponownie w celu zmniejszenia szansy na przesłuch.
Impedancja interfejsu pomiędzy sterownikiem a odbiornikiem również została zdefiniowana. Obciążenie widziane przez sterownik jest określone na poziomie od 3 kΩ do 7 kΩ. W oryginalnym standardzie RS232 długość kabla pomiędzy sterownikiem a odbiornikiem była określona na maksymalnie 15 metrów, jednak rewizja D (EIA/TIA-232-D) zmieniła tę część standardu. Zamiast określać maksymalną długość kabla, standard określił maksymalne obciążenie pojemnościowe na 2500 pF, a to wyraźnie adekwatniejsza specyfikacja. Maksymalna długość kabla jest określona przez pojemność na jednostkę długości kabla, która jest podana w specyfikacji kabla.
Konwertery RS232 i zastosowanie RS232
Wystarczy już technikaliów. Czas na konwertery. Obecnie istnieją przejściówki prawie do wszystkiego i widok starego standardu niekoniecznie kwalifikuje urządzenie do wizyty w śmietniku. Znajdziecie je w kategorii konwertery USB – UART / RS232 / RS485 w sklepie Botland.
Mało kto nie zna zastosowania portów uniwersalnej magistrali szeregowej USB. Chociaż funkcjonalność plug and play USB jest jego największą zaletą w stosunku do starszych i uciążliwych sposobów podłączania i konfigurowania urządzeń, to wciąż korzystamy z takich, które nie obsługują (lub fizycznie nie mają zainstalowanych) portów USB, ale mają porty szeregowe RS232. Tutaj pojawia się niezawodny konwerter USB do RS232. Przykład? Niewielki moduł-wtyk USB-UART PL2303 Waveshare, niezawodny w pracy z platformami Arduino albo STM32 Discovery.
Nie inaczej jest w przypadku magistrali CAN. Coraz częściej wykorzystywana w szerokim zakresie zastosowań niestety nie może komunikować się bezpośrednio z komputerem. Konwerter protokołu RS232 i magistrali CAN rozwiązuje ten problem. Jeżeli poszukujemy niewielkich układów do konwersji napięcia portu RS232 na wspomniany standard TTL, CMOS, to takie komponenty można znaleźć w lutowanych powierzchniowo obudowach.
Gdzie to wszystko się przydaje? Połączenie dwóch interfejsów szeregowych UART i RS232 pozwala na przykład podłączyć monitor lub rzutnik, który korzysta ze złącza RS232, do minikomputera Raspberry Pi, gdzie z kolei znajdziemy interfejs UART. Przydatna okaże się zwykła płytka stykowa. Podłączamy do niej UART z konwertera oraz odpowiednie piny z Raspberry Pi, a wyjście z konwertera do projektora.
